T A2 9.0 t GRONDMECHANCA
A2 9.0 TALUDBEKLEDNGEN TALUDBEKLEDNG] VAN GEZETTE STEEN VEROUDERNG VAN STEENZETTNGEN
Steltjesweg 2 Postbus 69, 2600 AB Delft Telefoon 05-693500 Telex 38234 solnl Telefax 05-6082 Vestgngen n Belgë en Engeland Postgro 234342 Bank Mees en Hope NV Reknr. 25.92.35.9 K.v.K. S 45040 Delft TALUDBEKLEDNGEN VAN GEZETTE STEEN VEROUDERNG VAN STEENZETTNGEN CO-36860/3 maart 99 St/Abg/30 Opgesteld n opdracht van: Rj kswaterstaat Denst Weg- en Waterbouwkunde AFDELNG WATERBOUWKUNDGE CONSTRUCTES projectleder: r. T. Stoutjesdjk projectbegeleder: r. A. Bezujen afdelngshoofd: r. P. Lubkng GRONDMECHANCA Op alle aanbedngen en op alle te sluten overeenkomsten alsmede de daarut voortvloeende leverngen van densten en produktenen de daarut voortvloeende utvoerngen van werkzaamheden, zjn van toepassng de Algemene Voorwaarden voor opdrachten aan de Stchtng Waterbouwkundg Laboratorum, welke zjn gedeponeerd ter Grffe van de Arrondssementsrechtbank te 's-gravenhage en bj de Kamers van Koophandel en Fabreken.
GLOBALE SAMENVATTNG GRONDMECHANCA Dt rapport behandelt de veranderng van fyssche egenschappen van een constructe van gezette steen n de tjd. Met name wordt gekeken naar de nzandng van flter en spleten tussen de blokken en verwerng van mjnsteen. Verslag wordt utgebracht van monsternames. Bestaande doorlatendhedsrelates worden getoetst aan de resultaten van metngen. Er s onderzocht of de hudge berekenngsmethoden geldg zjn bj vermnderde doorlatendhed van flter en toplaag. Er worden berekenngen gepresenteerd met vermnderde doorlatendheden. Van het proces van nzanden van top- en flterlaag wordt een kwaltateve fyssche beschrjvng gegeven. TREFWOORDEN: Steenzettngen, verouderng, doorlatendhed, verwerng, mjnsteen, nzandng
ÖO-3H86O/3 datum : maart 99 NHOUD: LJST VAN BJLAGEN LJST VAN SYMBOLEN SAMENVATTNG EN CONCLUSES ^W? GRONDMECHANCA. NLEDNG 2. TOETSEN BESTAANDE DOORLATENDHEDSRELATES 3 2. nledng 3 2.2 Doorlatendhedsrelates 3 2.3 Lauwersmeerdam, onderzoek 982-987 5 2.3. Stuate 5 2.3.2 Analyse van grondmonsters 6 2.3.3 n stu doorlatendhedsproeven 8 2.3.4 Materaal tussen en onder de koperslakblokken 9 2.4 Lauwersmeerdam, onderzoek 990 0 2.4. Beschrjvng van het onderzoek 0 2.4.2 Dchthedsbepalngen 2.4.3 Korrelverdelngen 2 2.4.4 Doorlatendhedsmetngen 3 2.5 Monstername Breskens 990 4 2.6 Monstername Werum 990 6 2.7 Concluses 7 3. VERWERNG VAN MJNSTEEN 8 3. nledng 8 3.2 Het spljtngsmodel 8 3.3 Verfcate van het model 20 3.4 Concluses 22 4. BEREKENNGEN MET HET PROGRAMMA STEENZET/+ 24 4. nledng 24 4.2 Utgangsstuate 24 4.2. Geometre en materalen 24 4.2.2 Golfbelastng 26 4.2.3 Berekenng 26 4.3 Berekenngen met vermnderde doorlatendheden 27 4.3. Toplaagdoorlatendhed neemt af 27 4.3.2 Flterdoorlatendhed neemt af 28 4.3.3 Flter- en toplaagdoorlatendhed nemen af 29 4.4 Concluses 32 blz. V V
bladnummer : ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99 ÏÏÏÊBHm GRONDMECHANC 5. BEPERKNGEN VAN DE HUDGE ONTWERPMETHODEN 33 5. nledng 33 5.2 2-dmensonale stromng 33 5.3 Elastsche bergng 35 5.4 Brukbaarhed van ontwerpmethoden 38 6. BESCHRJVNG VEROUDERNG 4 6. nledng 4 6.2 Kwaltateve beschrjvng verouderng 4 6.3 Utspoelen van spleetvullng 47 6.4 Concluses 50 REFERENTES 52 BJLAGEN APPENDX A APPENDX B
bladnummer : - - - ons kenmerk: CO-36860/3 & M GRONDMECHANCA datum : maart 99 LJST VAN BJLAGEN:. Lauwersmeerdam 990 Djkaanzcht 2. Lauwersmeerdam 990 Opengebroken gloong 3. Lauwersmeerdam 990 Materaal tussen blokken + opbouw zettng 4. Lauwersmeerdam 990 Grndflter 5. Lauwersmeerdam 990 Mjnsteen 6. Lauwersmeerdam 990 Dchthedsmetng met gpsvervangmethode 7. Doorlatendhed Lauwersmeerdam 983 en 990 Gemeten versus berekende doorlatendhed 8. Verwerng van mjnsteen Verfcate van spljtngsmodel 9. Blokbewegng bj afnemende toplaagdoorlatendhed 0. Elastsche bergng. Volumeke massa van zand-grndmengsel Als functe van percentage zand 2. Doorlatendhed van zand-grndmengsel Als functe van percentage zand
bladnummer : - V - ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99 LJST VAN SYMBOLEN: a a b b k k k' Ko 5' D 50 ' D 90 Les m v n P APmax s T T v A z p A w w GRONDMECHANCA lneare Forchhemer coëffcënt [s/m] beschouwde tjdsduur bj verweren [jaar] kwadratsche Forchhemer coëffcënt [s 2 /m 2 ] dkte flterlaag [m] dmenseloze parameters [-] kans op halverng bj verweren [-] consoldatecoëffcënt [m 2 /s] dkte grovere spleetvullng [m] dkte toplaag [m] karaktersteke dameters [m] fracte van materaal bj verweren [-] wrjvngscoëffcënt [-] versnellng van de zwaartekracht [m/s 2 ] verhang [-] doorlatendhedscoëffcënt van Darcy [m/s] doorlatendhed van flter [m/s] doorlatendhed van toplaag [m/s] verhoudng tussen horzontale en vertcale gronddruk [-] elastsche bergngslengte [ra] samendrukbaarhed van korrelskelet [m 2 /N] porostet [-] druk [kpa] maxmale verschldruk over blokken [kpa] breedte van spleet tussen blokken [m] perode [s] dkte van geotextel [m] stroomsnelhed n flter [m/s] stroomsnelhed n spleet [m/s] grootte van blokbewegng [m] hoogte van de spleetvullng [m] samendrukbaarhed van porënwater [m 2 /N] <P S - P w )/P y verhoudng tussen blokoppervlak en ["] spleetoppervlak [-] stromngsweerstand n flter [-] soorteljk gewcht materaal [N/m 3 ] soorteljk gewcht water [N/m 3 ] schufspannng tussen spleet en spleetvullng [kpa] vscostet van water [kg/ms] leklengte [m] relaxatetjd bj verweren [jaar]
/ m GRONDMECHANCA datum : maart 99 SAMENVATTNG EN CONCLUSES De leeftjd van een constructe kan nvloed hebben op de fyssche egenschappen van de constructe. n dt rapport wordt nagegaan n hoeverre een steenzettng onderhevg s aan verouderng. Onder verouderng wordt dan verstaan: het veranderen van fyssche egenschappen n de tjd. Gedacht kan worden aan afnemende doorlatendheden door het nzanden van flter en toplaag, of het verweren van mjnsteen. Een eerste nvalshoek om dt probleem op te lossen s de praktjk. Er zjn dre locates bezocht, te weten de Lauwersmeerdam, Breskens en Werum. n alle dre de gevallen werd geconstateerd, dat er nderdaad verouderng van de constructe was opgetreden. De spleten tussen de blokken waren vrjwel geheel gevuld met materaal, waardoor de doorlatendhed van de toplaag afgenomen s. Ut monsters van de flterlagen bleek, dat er zo'n 5 a 25% van het fltermateraal ut zand en slb bestaat. Bj de Lauwersmeerdam n 990 werd zelfs een percentage zand gevonden van meer dan 50%. Bj de monstername n Werum kon worden aangetoond dat dt fjne materaal waarschjnljk afkomstg s van het voorland. Met de resultaten van twee onderzoeken aan de Lauwersmeerdam (Rjkswaterstaat n 982-983 en Grondmechanca Delft n 990) zjn dverse vergeljkngen mogeljk. Ten eerste s van een aantal monsters zowel de doorlatendhed als de porostet en de korrelverdelng bepaald. Op grond hervan zjn de bestaande relates om de doorlatendhed te berekenen getoetst. De berekende waarden lggen tussen 0.5 en 2 maal de gemeten waarden. Gezen de nauwkeurghed waarmee doorgaans de doorlatendhed bekend s, s deze overeenkomst redeljk. Het toetsngsgebed s beperkt. Als tweede resultaat van bede onderzoeken aan de Lauwersmeerdam s een vergeljk van de doorlatendheden mogeljk. Er s tussen bede onderzoeken een perode van acht jaar verstreken. De korrelverdelngen
bladnummer : - V - ^^- /- r,^. (.rn(. Ar-s- AM/ A ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99 TJjBgjBr ( j K U N Ü M c L H A N LA van het fltermateraal laten zen, dat het percentage zand n het grndflter s toegenomen van 25 a 30% tot meer dan 50% van de totale massa. De doorlatendheden zjn ongeveer geljk gebleven. Ten derde s bekeken of de mjnsteen n de perode 982-990 verder s verweerd. Het spljtngsmodel van Den Adel s getoetst aan de korrelverdelngen zoals de bj de onderzoeken zjn gevonden. Het bljkt, dat het model goed gebrukt kan worden, mts de relaxatetjd van het proces net op twee jaar, maar op twaalf jaar wordt gesteld. Deze concluse moet echter met de nodge voorzchtghed gehanteerd worden, omdat er voor de mjnsteen n 983 slechts korrelverdelng bekend s. Voor de mjnsteen n 990 s een gemddelde bepaald ut meerdere zeefkrommes. Voor de stuate n 990 s dus sprake van een gemddelde kromme met een zekere spredng. Om het effect van verouderng van een steenzettng te beschrjven zjn berekenngen utgevoerd met het programma STEENZET/+. Verouderng s n dt verband vertaald met afnemende doorlatendhed van toplaag en flter. Bj een afnemende toplaagdoorlatendhed neemt n eerste nstante zowel de verschldruk over de blokken als de blokbewegng toe. Neemt de doorlatendhed van de toplaag nog verder af, dan neemt de verschldruk over de blokken, zonder blokbewegng, nog steeds toe. De berekende blokbewegng neemt echter af. Bj een erg klene toplaagdoorlatendhed kan de hoeveelhed water n de flterlaag nauweljks veranderen. Daardoor kan er slechts weng water vanut de flterlaag naar het bewegende blok toestromen. Dt heeft tot gevolg, dat de blokbewegng afneemt. Bj afname van de flterdoorlatendhed neemt de verschldruk over de blokken af. Bj zeer lage flterdoorlatendhed s de stromng n het flter mnmaal, maar zjn er n het flter wel grote verhangen aanwezg. nden zowel flterdoorlatendhed als toplaagdoorlatendhed afnemen, bljken de varates n maxmale verschldrukken over de blokken gerng te zjn. Omdat de toestromng van water onder de blokken door
bladnummer : - V - ons kenmerk: CO-368 datum : maart 99 ons kenmerk: CO-36860/3 MmKESk GRONDMECHANCA bede verschjnselen belemmerd wordt, neemt een eventuele blokbewegng af. n de hudge rekenmethoden (zoals STEENZET en ANAMOS) wordt een aantal aannamen gedaan de de oplossng vereenvoudgen. Onderzocht s n hoeverre deze aannamen geldg zjn voor een verouderende constructe. Geconcludeerd s, dat nden het flter dchtslbt de nvloed van elastsche bergng op de grondwaterstromng al snel net meer verwaarloosd kan worden. Het utlchten van een blok ut de zettng wordt echter mnder waarschjnljk, omdat door de vermnderde doorlatendheden net voldoende water onder het blok kan toestromen. De hudge methoden verlezen bj afnemende flterdoorlatendhed dus welswaar aan theoretsche geldghed, maar het verschjnsel dat bestudeerd wordt (het utlchten van een blok ut de zettng ten gevolge van golfbelastng), treedt mnder waarschjnljk op. Er moet echter rekenng gehouden worden met de mogeljkhed, dat een ander schademechansme voor een verouderde zettng domnant wordt, bjvoorbeeld het ontstaan van gljvlakken of verwekng n het met zand gevulde flter onder een golfbelastng. Wellcht moet de stabltet van een verouderde zettng op een andere wjze beoordeeld worden, dan de stabltet van een 'verse' zettng. Van het proces verouderng door nzanden van flterlaag en vullen van de spleten tussen de blokken s een kwaltateve beschrjvng gegeven. Er s aangegeven dat door een extra term n de vergeljkng voor de stromngsweerstand en het aanpassen van de grondwaterstromng aan elastsche bergng de hudge methoden aan te passen zjn om berekenngen met verouderde constructes ut te voeren. Er s tevens een hypothese gegeven hoe het mogeljk s dat de spleetvullng onder redeljk grote verhangen net ut de spleten wordt gedrukt. n een modelonderzoek zouden zowel de termen de de stromngsweerstand beschrjven n de Forchhemerrelate bj een gevulde spleet als de stabltet van de spleetvullng getest kunnen worden. Daarnaast kan de
CO-MU/3 mm GRONDMECHANCA datum : maart 99 stromng n een grndflter met zand getest worden. Er moet echter wel degeljk bedacht worden, dat de hudge methoden voor rekenen met een vermnderde doorlatendhed van het flter hun beperkngen hebben. Daarom s het noodzakeljk onderzoek te doen naar de processen de gaan spelen als het flter dchtslbt. De vraag gaat spelen of de blokken stabel bljven op een ondergrond van zand en grnd. Een antwoord op deze vraag s er nog net.
co- 3 l686o/3 jpjy GRONDMECHANCA datum : maart 99. NLEDNG n het fundamenteel onderzoek steenzettngen s tot op heden voornameljk de aandacht gercht op "neuwe" constructes. De rekenregels zjn voor een belangrjk deel afgeled ut en getoetst aan modelproeven aan gloongen met een ouderdom van ten hoogste enkele weken. Er zjn echter aanwjzgngen ut enkele praktjkgevallen dat de leeftjd van een steenzettng wel degeljk nvloed heeft op de egenschappen van de constructe. Herbj kan gedacht worden aan een vermnderde doorlatendhed van de toplaag ten gevolge van opvullng van de spleten met zand en slb of een vermnderde doorlatendhed van het flter door het bnnendrngen van fjn materaal. Een bjzonder geval herbj s een flterlaag van mjnsteen, waarbj de mogeljkhed aanwezg s, dat door verwerng van mjnsteen de doorlatendhed van de laag afneemt. n het berekenen van de stabltet van een steenzettng zjn de doorlatendheden van toplaag en flterlaag zeer belangrjke gegevens. Als de doorlatendheden veranderen met de leeftjd van een gloong, dan s het allereerst van belang deze veranderng te kwalfceren. Kan aangetoond worden, dat de verouderngsverschjnselen een gunstge utwerkng hebben op de stabltet, dan s kwantfceren van de verschjnselen van ondergeschkt belang. Zo net, dan moet onderzocht worden n welke mate de hudge dmensonerngsregels aangepast denen te worden. n dt rapport wordt ook aandacht besteed aan enkele onderzoeken ter plaatse. Het eerste onderzoek betreft een pelbusonderzoek aan de Lauwersmeerdam utgevoerd door Rjkswaterstaat [] n 982/983. Dt werd gecombneerd met onderzoek naar korrelverdelng en doorlatendhed van de verschllende onderdelen van de dam. Het tweede onderzoek s gedaan op dezelfde locate n 990. Dt onderzoek levert vergeljkbare waarden op. De resultaten van bede onderzoeken komen n deze notte aan de orde. Daarnaast zjn monsters genomen n Breskens en n Werum.
bladnummer : - 2 - An /-n/mvrm nr-*~ A *,»- A ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99 fftpjy GRONDMECHANCA n deze notte worden de volgende onderdelen nader utgewerkt: de bestaande doorlatendhedsrelates voor granular materaal worden getoetst aan de doorlatendheden zoals de zjn gevonden bj de onderzoeken aan de Lauwersmeerdam de resultaten van het onderzoek aan de Lauwersmeerdam n 990 worden gerapporteerd en vergeleken met de resultaten van 982. Dt geldt zowel voor korrelverdelngen en doorlatendheden als voor de eventuele verwerng van mjnsteen de utkomsten van enkele STEENZET/+ berekenngen zjn gebrukt om de nvloed van vermnderde doorlatendheden van toplaag en flterlaag aan te geven er wordt aangegeven waar de beperkngen van de hudge ontwerpmethoden lggen bj afnemende doorlatendhed van toplaag en flter. Het begrp "elastsche bergng" speelt herbj een belangrjke rol er wordt een kwaltatef model gegeven, waarn de sedmentate n een gloong wordt beschreven en de nvloed van deze sedmentate op de doorlatendhed. Er wordt aangegeven welk onderzoek nodg s om dt model kwanttatef te maken. Deze notte s een onderdeel van het fundamenteel onderzoek naar de ontwerpmethodek van taludbekledngen van gezette steen. Dt onderzoek loopt snds 98. Het wordt utgevoerd door het Waterloopkundg Laboratorum en Grondmechanca Delft n opdracht van de Denst Weg- en Waterbouwkunde (DWW). DWW fungeert herbj als utvoerend orgaan van de Technsche Advescommsse voor de Waterkerngen (TAW), projectgroep A2.
bladnummer : - 3 - onsjcenxnerk: CO-36860/3 ^ ^ GRONDMECHANCA 2. TOETSEN BESTAANDE DOORLATENDHEDSRELATES 2. nledng n dt hoofdstuk worden de doorlatendhedsrelates voor granular materaal, zoals de n het steenzettngsonderzoek worden aanbevolen, getoetst aan de gemeten doorlatendheden van de onderzoeken aan de Lauwersmeerdam. Hertoe worden n de volgende paragraaf eerst de te toetsen relates gegeven. 2.2 Doorlatendhedsrelates n het kader van het steenzettngsonderzoek s door Den Adel [] aangetoond, dat de Forchhemer vergeljkng voor doorlatendhed goed brukbaar s. Tevens zjn n dt onderzoek de coëffcënten van deze relate vastgelegd. n algemene vorm ludt de Forchhemer relate: met: av f + bv =,. (2.) a = lneare coëffcënt [s/m] b = kwadratsche coëffcënt [sa/m 2 ] = verhang [-] v = stroomsnelhed n het granulare materaal [m/s] n deze vorm s de Forchhemer vergeljkng een verhoudng tussen verhang en stroomsnelhed n het materaal. Door v. ut (2.) te elmneren met behulp van de vergeljkng van Darcy: v f - k (2.2) s het verband tussen doorlatendhed k en het verhang af te leden:
c O :3Ï6860/3 ^ ^ GRONDMECHANCA datum : maart 99 * 4b > (2.3) Voor granular, net sltg materaal met karaktersteke dameter tussen 80 um en 0,4 m s door Den Adel gevonden: c v ( - n)" «-» :r^r- (2-5) n deze formules zjn c. en c_ dmenseloze parameters, v s de vscostet van water, g de versnellng van de zwaartekracht, n het porëngehalte en D. s de karaktersteke dameter van het materaal. De vscostet s te berekenen met: v w = 40*0" 6 /(20 + T) (2.6) waarn T de watertemperatuur s n graden Celsus. De waarden van c n en c_ zjn heronder gegeven. omschrjvng c_ c? medaan 60 2,2 ondergrens 75 0,9 bovengrens 350 5,3 Tabel 2.. Waarden van c Q en c_
bladnummer : - 5 - Hplttr GRONDMECHANCA ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99 Zoals ut vergeljkng (2.3) bljkt, s de doorlatendhed een functe van het verhang. Dt kan een probleem vormen nden het verhang net bekend s en men toch een doorlatendhed van het materaal wl weten, of als men een formule heeft de alleen geldg s voor een Darcy doorlatendhed. Het s echter mogeljk om vergeljkng (2.3) te lnearseren. n [3] kest men voor lnearsate door - 0,3, zodat de gelnearseerde vergeljkng voor de doorlatendhed k wordt: k. -a + > (aa +,2 b),,?) K 0,6 b K4 " n Beter s het om ut te gaan van een freatsche ljn, de, boven het punt waar de golf zch bevndt, evenwjdg loopt aan het talud. Dt resulteert bj een taludhellng van : 4 n een verhang = 0,25 en bj een taludhellng : 3 n - 0,33. n deze vorm geschreven s de doorlatendhed van granular materaal alleen afhankeljk van porëngehalte, karaktersteke dameter en watertemperatuur. 2.3 Lauwersmeerdam. onderzoek 982 2.3. Stuate n 982 en 983 s door de Denst Weg- en Waterbouwkunde van Rjkswaterstaat n opdracht van de Technsche Advescommsse voor de Waterkerngen (TAW) een pelbusonderzoek utgevoerd n de Lauwersmeerdam. Doel van het onderzoek was het verbeteren van de kenns op het gebed van grondwaterbewegng n zeedjken. De kern van de Lauwersmeerdam bestaat ut zand. De bekledng s n het najaar van 969 aangebracht en bestaat ut een asfaltbetonlaag op het bovenste deel van het butentalud, en n het gebed van golfaanval een steenzettng. Deze steenzettng bestaat ut koperslakblokken met een
bladnummer : - 6 - ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99 GRONDMECHANCA dkte van 0,25 m, met daaronder een utvullaag van grnd (0,08 m dk) en een laag mjnsteen van crca m dk. De teen van de dam wordt beschermd door een znkstuk met bestortng. Het onderzoek bestond ut het maken en analyseren van monsters en borngen, n stu doorlatendhedsproeven en het meten en narekenen van grondwaterstanden n de dam. Op de eerste twee aspecten van het onderzoek zal n de volgende paragrafen worden ngegaan. 2.3.2 Analyse van grondmonsters Van een aantal monsters werd n het laboratorum zowel de korrelverdelng als de doorlatendhed bj verschllende porëngehalten bepaald. Dt s zeer geschkt om de doorlatendhed na te rekenen met vergeljkng (2.7). Een omschrjvng van de monsters en de verdelng n gewchtspercentages zand, grnd en slb s gegeven n de onderstaande tabel. monsterno. + 2 5 + 7 5 + 7 (ontslbd) 2 22 24 % zand 95,0 96,8 00,0 25,0 29,0 98,0 % grnd 2,0 0,0 0,0 74,0 70,0 0,0 % slb 3,0 3,2 0,0.0,0 2,0 plaats zand onder asfalt zand onder asfalt grnd onder blokken onderste deel talud grnd onder blokken bovenste deel talud zand onder mj nsteenlaag Tabel 2.2. Omschrjvng van monsters, Lauwersmeerdam 982 Herbj s aangehouden, dat de grens tussen zand en slb lgt bj 0,063 mm. Materaal groter dan 2 mm wordt grnd genoemd.
bladnummer : - 7 - ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99 GRONDMECHANCA De resultaten van monsteranalyse, doorlatendhedsproeven en berekende doorlatendhed zjn n tabel 2.3 aangehouden op 0 C. monsterno. + 2 5 + 7 5 + 7 (ontslbd) 2 22 24 n [-] 38,7 42,8 45,9 40,8 42,3 44,3 39,2 40,4 42,8 26,8 32,8 32,6 23,2 38,9 44,3 [mm] 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,20 0,20 0,20 0,5? 0,32 0,32 0,0 0,0 weergegeven. De watertemperatuur s k(gemeten) [m/s] 0,6*0-*,2*0-*,6*0-* 0,9*0-*,2*0-*,4*0 0,9*0-*,*0-*,4*0» 0,2*0 n.v.t.,7*0-* 0,4*0» 0,8*0-»,9*0» k(berekend) [m/s],2*0»,9*0» 2,6*0-»,5*0-»,8*0» 2,2*0»,4*0-»,6*0-» 2,*0» 0,2*0» n.v.t. 0,6*0» 0,2*0» 0,9*0-*,6*0-* Tabel 2.3. Doorlatendheden monsters, Lauwersmeerdam 982 n de tabel ontbreken de gegevens voor monster 2 bj een hoge porostet. De oorzaak hervan s, dat bj deze hoge porostet tjdens een doorlatendhedsproef de zandkorrels tussen het grnd utspoelen. De korrelverdelng verandert herdoor, en de gemeten doorlatendhed s net de van het oorspronkeljke monster. Een ander opvallend punt s, dat vrjwel alle gemeten waarden lager zjn dan de berekende, behalve monster 22 bj een hoge porostet. Aangezen monster 22, evenals monster 2, een monster s met een hoog percentage aan grnd, kan het zjn dat ook her een (klen) deel van de zandfracte tussen het grndskelet s utgespoeld. De gemeten doorlatendhed wordt dan te groot.
bladnummer : - 8 - ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99 m GRONDMECHANCA De overeenkomst tussen gemeten en berekende waarden s redeljk. De berekende waarden lggen tussen de helft en het dubbele van de gemeten waarden. De berekende waarden lggen n het algemeen hoger dan de gemeten waarden. De varate n porostet s vrj groot, maar de range van karaktersteke dameters s klen. Het toetsngsgebed s derhalve beperkt. 2.3.3 n stu nfltrateproeven Op het gedeelte van het talud met steenzettng zjn enkele nfltrateproeven gedaan. Het prncpe van deze proeven s eenvoudg: op het talud wordt een bak neergezet waarvan de onderkant open s. Deze bak wordt gevuld met water. Vervolgens wordt bjgehouden welke hoeveelhed water het talud n verdwjnt. De proef s utgevoerd op de toplaag van koperslakblokken, vervolgens op de onderlggende utvullaag van grnd, en ten slotte op de flterlaag van mjnsteen. n tabel 2.4 staan de gegevens van de nfltrateproeven. Tevens zjn de doorlatendheden berekend. De watertemperatuur s aangenomen op 0 C. Van de n stu proeven zjn geen grondmonsters geanalyseerd. Porostet en D,_ zjn geschat op grond van ze e f krommes van vergeljkbare monsters. nr. 2 3 4 omschrjvng koperslakblokken boven n talud mjnsteen + grnd onder n talud mjnsteen + grnd boven n talud mjnsteen boven n talud n [-] _ 30 30 30 D [mm] _ 0,30 0,50 0,500 k(gem) [m/s] <,3*0-6 5,6*0- B 8,0*0-6 6,3*0--» k(ber) [m/s] - 4,3*0-6 5,6*0-6 6,3*0-«Tabel 2.4. n stu doorlatendhedsmetngen, Lauwersmeerdam 982
bladnummer : - 9 - ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99 R^Wr GRONDMECHANCA De methode s net erg nauwkeurg. Gemeten wordt de doorlatendhed van een aantal lagen. Deze wordt sterk bepaald door de mnst doorlatende laag. Bovenden kan het water zowel loodrecht op het talud, als evenwjdg aan het talud wegstromen. De gemeten doorlatendhed s dus samengesteld ut de doorlatendhed loodrecht op het talud en de doorlatendhed evenwjdg aan het talud. Voor de doorlatendhed van de toplaag van koperslakblokken kon slechts worden bepaald, dat deze klener was.3 * 0 m/s. Het s gebrukeljk de verhoudng tussen doorlatendhed van flter en toplaag ut te drukken n de leklengte, gedefneerd als: met: A = <J(bkD/k') (2.8) k = doorlatendhed flter k' = doorlatendhed toplaag D b - dkte flter = dkte toplaag Een waarde van k' =.0 B van de flterlaag k = 6.0 6 m/s, gecombneerd met een doorlatendhed m/s (gemeten voor grnd + mjnsteen) a 6.0 4 m/s (gemeten voor mjnsteen) geeft een geschatte leklengte van de constructe van,5 m a 4,5 m. n hoofdstuk 4 zal getracht worden deze stuate na te rekenen met het programma STEENZET/+. 2.3.4 Materaal tussen en onder de koperslakblokken Er zjn enkele monsters genomen van het materaal tussen en onder de koperslakblokken. Van deze monsters s een korrelverdelng bepaald. Het materaal tussen de blokken bestaat grotendeels ut zand, waarbj opvallend s, dat lager op de hellng het percentage grof zand groter
bladnummer : - 0 - =^^^^= ons kenmerk: CO-36860/3 pto^ GRONDMECHANCA datum : maart 99 s. Het materaal onder de blokken bestaat voornameljk ut grof zand en grnd. Met behulp van röntgen-analyses en dfferenteel thermsche analyses werd de samenstellng van de fjne fracte (klener dan 38 urn) van een aantal monsters van materaal tussen en drect onder de blokken bepaald. Herbj bleek, dat zowel slb (60 tot 70% van de fjne fracte) vanaf de butenkant, als mjnsteen (30 tot 40% van de fjne fracte) door nterne erose tussen en onder de koperslakblokken terecht was gekomen. 2.4 Lauwersmeerdam. onderzoek 990 2.4. Beschrjvng van het onderzoek n jun 990 s opneuw een onderzoek gedaan naar de egenschappen van de materalen van de bekledng van de Lauwersmeerdam. Het accent lag herbj op de egenschappen van de flterlaag van mjnsteen, en de utvullaag van grnd. Nadat de koperslakblokken waren verwjderd, werden van de grndlaag en op ver verschllende deptes van de mjnsteenlaag monsters genomen. De dchthed werd bepaald met behulp van de gps-vervang-methode. n bjlagenummers tot en met 6 s een ndruk gegeven van de stuate ter plaatse. Ter plaatse kon een aantal constaterngen gedaan worden. Ten eerste waren de spleten tussen de koperslakblokken voor een groot deel gevuld met zand en klene steentjes en schelpen (ze ook bjlage 3). Van dt materaal zjn twee monsters genomen. Ut de korrelverdelngen bljkt, dat het materaal voor 70% bestaat ut fjn zand (klener dan 200 pro) en voor 30% ut wat grover materaal. De grndlaag bleek sterk verzand (ze bjlage 4). n de mjnsteenlaag was ogenschjnljk geen zand aanwezg.
bladnummer : - - _^u GRONDMECHANCA datum : maart 99 2.4.2 Dchthedsbepalng Met behulp van de gps-vervang-methode werd de dchthed bepaald. Deze procedure houdt n, dat bj het monsternemen het talud eerst vlak wordt afgewerkt. Vervolgens wordt een plaat met een rond gat n het mdden op het talud gelegd. Door het gat wordt materaal ut het talud genomen tot een rond gat s ontstaan van ongeveer 0 cm depte. De hoeveelhed materaal wordt gewogen. Het gat wordt opgevuld door een sneldrogend materaal, bjvoorbeeld gps. Er ontstaat dan een halfrond gpsblok, dat ut het talud genomen kan worden en waarvan het volume bepaald kan worden. Op deze wjze s nu het gewcht en het volume bekend, en dus de dchthed. Op deze wjze zjn dchtheden van het zand-grndmengsel bepaald de varëren van 500 kg/m 3 tot 700 kg/m 3. De corresponderende porëngehaltes bj een soorteljke massa van 2650 kg/m 3 zjn 0,43 en 0,36. Dt zjn onwaarschjnljke waarden voor een grnd-zandmengsel. De verklarng hervoor kan worden gegeven door een eenvoudge proef ut te voeren op het materaal. De werkwjze s als volgt. Vul een maatglas met het materaal dat een vochtpercentage heeft van zo'n 5%. Het materaal s dan verstoord, losgepakt en engzns samenhangend. Er ontstaan grote rumtes tussen het materaal. De dchthed s bepaald op ongeveer 650 kg/m 3 porëngehalte van 0,38. bj een Vervolgens wordt het monster voorzchtg verzadgd met water. Herdoor verlest het materaal zjn samenhang. Het monster zakt n elkaar n het maatglas. De dchthed neemt toe tot 950 kg/m 3 en het porëngehalte s nu 0,26. Door engszns te trllen en te schudden met het maatglas verdcht het materaal nog verder. Zonder veel moete wordt een grnd-zandmengsel gevonden met een dchthed van 250 kg/m 3 een porëngehalte van 0,9. en
co^860/3 datum ons kenmerk: : maart CO-36860/3 99 GRONDMECHANCA Het monsternemen s te vergeljken met het eerste deel van de proef. Er zjn monsters genomen op een verstoord talud (door het utnemen van de koperslakblokken en het lopen op het talud) met een mengsel met een laag vochtgehalte. Door de halfronde vorm van het monster heeft een verstorng van het materaal aan de oppervlakte een onevenredg grote nvloed. Voorts slut de plaat noot preces aan op het talud, maar zal deze rusten op de korrels de het meest utsteken. Dt heeft tot gevolg, dat het volume overschat wordt. Dt betekent, dat de dchthed n werkeljkhed hoger zal zjn dan bepaald volgens de gps-vervangmethode. De gevonden dchtheden wjzen dt ook ut. Voor de werkeljke stuate s het beter ut te gaan van de stuate tussen een los gepakt, verzadgd monster en een verdcht verzadgd monster. De dchthed lgt dan tussen 2000 en 200 kg/m 3 en het porëngehalte tussen 0,20 en 0,25. 2.4.3 Korrelverdelngen Van de monsters van de utvullaag van grnd zjn n het laboratorum de korrelverdelngen bepaald. n tabel 2.5 s de onderverdelng gegeven van grnd, zand en slb van de monsters. Ut vergeljkng roet tabel 2.2 bljkt dat het percentage zand en slb n het grndflter s toegenomen ten opzchte van de stuate n 982. Er s zelfs meer zand dan grnd aangetroffen n de monsters. Gezen de porënrumte van een mengsel van alleen grnd (25-35%) kan het dus net zo zjn, dat alleen de porënrumte van het grnd s opgevuld. Er zt ook zand tussen de grndkorrels. Omdat de absolute hoeveelhed grnd hetzelfde moet zjn gebleven snds het onderzoek n 983 moet de absolute hoeveelhed zand zjn toegenomen. Er s oorspronkeljk sprake van een grndskelet, waartussen zch wat zandkorrels bevnden. Bj het her gevonden percentage zand s het dudeljk, dat er nu meer sprake s van zand met grnd ertussen, waarbj geen sprake meer s van een grndskelet. Omdat bj 25 a 35 % zand n het grndflter alle porën n het grnd al gevuld zjn, zal bj een zandpercentage van 50 è 60 %
bladnummer : - 3 - ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99 het grndskelet ut elkaar gedrukt moeten zjn door het GRONDMECHANCA bnnendrngende zand. Dt ledt tot het zeer opmerkeljke resultaat, dat het volume van het grndflter moet zjn toegenomen. monsterno. Z zand Z grnd Z slb plaats M3. M4. 56 58 43 4 grnd onder blokken bovenste deel talud grnd onder blokken bovenste deel talud Tabel 2.5. Omschrjvng van monsters, Lauwersmeerdam 990 Het maxmale volumegewcht en de mnmale porostet van een zandgrndmengsel (als de porënrumte volledg gevuld kan worden met zand en de volumeke gewchten van zand en grnd geljk worden gesteld) wordt gevonden bj een verhoudng tussen gewchtspercentages van zand en grnd de ongeveer geljk s aan het porëngetal van het grnd. n hoofdstuk 6.2 s dt verder utgewerkt. De korrelverdelng van het mjnsteen wordt n het volgende hoofdstuk behandeld (verwerng van mjnsteen). 2.4.4 Doorlatendhed n een doorlatendhedsapparaat met een doorsnede van 300 mm zjn doorlatendheden bepaald van de grnd- en mjnsteenmonsters. n tabel 2.6 worden de resultaten vergeleken met het onderzoek ut 983.
bladnummer : - 4 - ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99 monster 2 22 n stu M3. M4. onderzoek 983 983 983 990 990 D 5 [mm] 0,5 0,32 0,30 0,50 0,5 0,5 n [-] 0,27 0,23 0,30 0,30 0,37 0,26 k [m/s] 2*0-< 4*0-' 6*0-< 8*0-' 4*0-< 6*0-» Tabel 2.6. Vergeljkng doorlatendhed grndflter 983 en 990 GRONDMECHANCA De gemeten waarden lggen dcht bj elkaar. Er kan geconcludeerd worden dat hoewel het percentage zand n het grndflter s toegenomen, er geen grote wjzgng n doorlatendhed s gevonden. Dt was ook net te verwachten: n bede gevallen zal de doorlatendhed van het zand-grnd mengsel voornameljk door het zand bepaald worden. De Forchhemer relate voor doorlatendhed geeft voor M3. en M4. waarden van 3*0-» m/s en 9*0-6 m/s. n bjlage 7 zjn de gemeten en berekende waarden voor de doorlatendhed van de onderzoeken n 983 en 990 grafsch gepresenteerd. Voor het mjnsteen wordt een doorlatendhed gevonden de vareert tussen 5*0 4 m/s en 2*0 3 m/s. De waarde van de n stu metng n 983 (k = 6*0-4 m/s) lgt her tussenn. 2.5 Monstername Breskens 990 n me 990 zjn op de djk ten westen van Breskens monsters genomen van het grndflter onder de blokkenlaag. Aanledng voor de monstername was stormschade waardoor besloten werd een geheel djkvak van
bladnummer : - 5 - ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99 neuwe bekledng te voorzen. De oude bekledng GRONDMECHANCA bestond ut basaltstenen met daaronder een flterlaag van fosforslakken van 50 cm dk. Onder de flterlaag bevond zch een flterdoek. De neuwe bekledng bestaat ut basaltonzulen. Tussen het weghalen van de oude bekledng en het plaatsen van de neuwe was gelegenhed tot het nemen van monsters. Bj deze zettng, de een leeftjd had van een half jaar, bleek de rumte tussen de stenen n de zettng volledg opgevuld. Oorspronkeljk waren de spleten ngewassen met staalslakken, nu waren de spleten gevuld met een mengsel van zand, slb, staalslakken en schelpen. De samenhang van dt materaal was redeljk groot. Het fltermateraal was zanderg. n het bestek was een flter met een D._ van 0 mm voorgeschreven. n tabel 2.7 s een beschrjvng van de monsters gegeven. Aangehouden s: - no. 2 3 4 5 0,063 mm 0,063-2 mm 2 mm omschrjvng Materaal tussen blokken Flter mdden talud Flter mdden talud Flter ondern talud Flter bovenn talud slb zand grnd grnd [%] 54 84 80 73 72 zand [%] 42 4 8 24 25 slb [%] Tabel 2.7. Omschrjvng monsters Breskens 990 Ut de korrelverdelngen bljkt, dat de monsters zo'n 5 a 25 gewchtsprocenten 4 2 2 3 3 [mm] 0,250,200 0,225 0,235 0,205 D 50 [ramj 3 9 9 3 3 D [mm] zand bevatten en enge procenten slb. De waarde van 20 46 33 45 46
bladnummer : - 6 - ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99 MsÈÈÊmr GRClKlDKAFCM AM CA J?gÜ^ UKUNUV tlmmm ^M de D.c s n een half jaar sterk veranderd. Gezen de aanwezghed van het flterdoek tussen flter en kernmateraal moet het zand en slb van de vooroever afkomstg zjn. Het s echter mogeljk, dat het zand al bj de utvoerng n het flter s gebracht. n de volgende paragraaf s een stuate beschreven waarbj vaststaat, dat dt net het geval s. n appendx A s een verslag gegeven van de bevndngen bj de monstername bj Breskens. 2.6 Monstername Werum 990 De djk bj Werum s zo'n 5 jaar oud. n de getjzone s de djk bekleed met koperslakblokken. Onder de blokken bevndt zch een laag grnd van crca 0 cm dk. Onder het grnd lgt een laag mjnsteen van ongeveer een meter dk. no. 2 3 4 omschrjvng Grndflter bovenn talud Grndflter mdden talud Grndflter ondern talud Voorland grnd [%] 72 85 87 6 zand [X] 26 4 2 82 slb [%] Tabel 2.8. Omschrjvng monsters Werum 990 Aanledng om monsters te nemen op deze locate was het fet, dat vrjwel vaststaat dat er bj de constructe van de steenzettng geen zand of slb n het flter s gebracht. nden er dus zand n het flter zou worden aangetroffen, moet dt er later zjn ngekomen. n augustus 990 zjn er monsters genomen van het flter. 2 2
bladnummer : - 7 - ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99 jjpgr GRONDMECHANCA Bj vergeljkng van de zand+slb fractes van de monsters met het monster van het voorland, bljkt dat het materaal n het flter gemddeld een ets klenere dameter heeft dan het materaal op het voorland, maar waarschjnljk wel van het voorland afkomstg s. Geconcludeerd wordt derhalve, dat de constructe verouderd s. Er bevndt zch zand en slb n het grndflter, terwjl ook de spleten n de toplaag vrjwel geheel gevuld zjn met steentjes, schelpen en fjner materaal. n appendx B s een volledg verslag gedaan van de monsternarae. 2.7 Concluses Met behulp van gemeten doorlatendheden en korrelverdelngen van onderzoeken aan de Lauwersmeerdam n 983 en 990 s de Forchhemer relate voor doorlatendhed getoetst. Gebleken s, dat de gemeten en berekende waarden redeljk goed overeenkomen, maar dat de berekende waarden n het algemeen hogere waarden geven dan de metngen. De berekende waarden lggen tussen de helft en het dubbele van de gemeten waarden. Procentueel s dt wellcht een grote afwjkng, maar gezen de nauwkeurghed van de waarde van de doorlatendhed n de praktjk (vaak een factor 0 verschl) s de overeenkomst de her gevonden s redeljk te noemen. Het toetsngsgebed s beperkt. Ut een vergeljkng van de resultaten van de onderzoeken ut 983 en 990 s gebleken, dat de hoeveelhed zand n het grndflter s toegenomen van 25 è 30 gewchtsprocent n 983 tot meer dan 50% n 990. Ondanks deze voortschrjdende verzandng s geen sgnfcante afname van de doorlatendhed gevonden. De monsternames n Breskens en Verum bevestgen het beeld dat flter en toplaag aan verouderng onderhevg zjn.
bladnummer : - 8 - == ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99 = = f^m^ GRONDMECHANCA 3. VERWERNG VAN MJNSTEEN 3. nledng De n Nederland gebrukeljke mjnsteen s vrjgekomen door de wnnng van steenkool. Mjnsteen s een sterk gelaagd materaal, dat s samengesteld ut klesteen en lesteen. Onder atmosfersche nvloeden zoals temperatuurverschllen en vochtghedsvarates valt mjnsteen uteen n fjner materaal. Ook onder nvloed van mechansche belastng verfjnt mjnsteen. Voorbeelden van mechansche belastngen zjn bjvoorbeeld golfklappen op een talud met een flter van mjnsteen. Maar ook bj trllen op zeven om een korrelverdelng te bepalen valt mjnsteen makkeljk uteen. Dt maakt het bepalen van de juste korrelverdelng tot een lastg vraagstuk. Bj verfjnng van het materaal kan capllare werkng op gaan treden en ontstaat cohesef gedrag. Bj een bepaald vochtgehalte ontstaat een papperg materaal, dat geen cohese meer vertoont. Bj het bepalen van doorlatendhed op mjnsteen s de verdchtngsgraad van belang. Matg tot slecht verdchte mjnsteen s redeljk tot goed doorlatend. Sterk verdchte mjnsteen heeft een zeer lage waterdoorlatendhed. Over het verweren van mjnsteen zjn vrjwel geen kwanttateve gegevens bekend. Door Den Adel [2] s een spljtngsmodel opgezet, dat de verwerng van mjnsteen beschrjft. De opzet van dt hoofdstuk s, om met de gegevens van de Lauwersmeerdam dt model te toetsen. 3.2 Het spltnesmodel Er wordt utgegaan van een net al te zeer afgeplatte korrel. De korrel heeft een dameter D en valt n een zeeffracte Dl tot 2*D. Na dre spljtngen zjn acht bolletjes ontstaan met een dameter van 0.5*D. Deze acht bolletjes vallen n de zeeffracte O.5*D tot Dl. Dt proces wordt halverng genoemd.
bladnummer : - 9 - ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99 j^^f GRONDMECHANCA Het proces van halverng kan worden utgebred van bolletje tot een gehele zeefkromme. Het model doet dt door een zeeffracte voor een bepaalde perode een kans c op halverng te geven. Aan het end van de perode s van het materaal n zeeffracte Dl tot 2*D nog (-c) deel over. De rest (c deel) s verweerd en n fracte O.5*D tot Dl terecht gekomen. Van dt deel s echter weer c deel verweerd, zodat n fracte O.5*D tot Dl nog c*(l-c) deel over s. n fracte O.25*D tot 0.5*Dl s dan c*c deel van het oorspronkeljke materaal terecht gekomen. Hervan zal echter weer c deel verweren. Dt proces zet zch voort tot een bepaalde mnmum dameter. Gesteld kan worden dat deeltjes klener dan x mm net meer zullen halveren. Dt wordt de verwerngsgrens genoemd. Tot de verwerngsgrens geldt dus: f(m) - f * c m * (-c) (5.) f(ra) s de fracte n de zeeffracte met een gemddelde f m c dameter, de m maal klener s dan de dameter van de oorspronkeljke zeeffracte aan het ende van de beschouwde perode s de oorspronkeljke fracte s het aantal halverngen s de kans op halverng gedurende een perode Verondersteld wordt, dat het proces van halverngen bnnen de gestelde perode volledg heeft plaatsgevonden. Door het materaal n edere zeeffracte op deze maner te verdelen over de fractes met een klenere dameter tot aan de verwerngsgrens en de resultaten te sommeren kan nu de neuwe zeefkromme bepaald worden. n het voorgaande s de kans c gedurende een perode constant verondersteld. Dt s net just. De kans op spltsng vanaf t = 0 neemt toe naarmate het materaal langer wordt blootgesteld aan
datum : maart 99 GRONDMECHANCA belastngen en vochtghedsfluctuates. Dt kan worden beschreven met de functe: c(t) - - exp(-t/:) (5.2) waarn z de relaxatetjd van het proces s. n [2] wordt een relaxatetjd van ongeveer twee jaar genoemd. De waarde c s de gemddelde kans op halverng n de beschouwde tjsduur. Dt s geljk aan de som van kansen op spltsng gedurende de beschouwde tjdsduur gedeeld door de tjdsduur. ntegrate van (5.2) levert, na delng door de beschouwde tjdsduur: c a = - (t/a) * ( - e~ a/z ) (5.3) c cl a s de kans op halverng n de beschouwde tjdsduur s de beschouwde tjdsduur Een beperkng van het model s, dat de spltsngskans over alle fractes geljk gesteld wordt. Het s echter zeer goed denkbaar dat de spltsngskans met de dameter afneemt. Bj gebrek aan verfcatemogeljkheden s dt echter achterwege gelaten. 3.3 Verfcate van het model Bj de verfcate van het model aan de gegevens van de Lauwersmeerdam s het een handcap, dat er van het oorspronkeljke materaal geen korrelverdelng bekend s. Het model bedt echter wel de mogeljkhed terug te rekenen vanaf een bekend punt. Her wordt utgegaan van de toestand van de mjnsteen n 983 en wordt vervolgens een 'hndcast' utgevoerd naar de toestand van het oorspronkeljke materaal. Op bass van deze berekenng kan dan een voorspellng worden gedaan van de toestand van het materaal n 990.
bladnummer : - 2 - ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99 GRONDMECHANCA n tabel 3. zjn de korrelverdelngen gegeven voor 983 en 990. De korrelverdelng ut 990 s een gemddelde van een aantal korrelverdelngen van monsters de op verschllende hoogtes en verschllende deptes n het talud zjn genomen. Als tendens werd gevonden, dat het materaal op grotere depte ets mnder verweerd s dan het materaal vlak onder het oppervlak. De verwerng hoger n het talud was ets mnder dan de verwerng lager n het talud. fracte [mm] 25 63 3,5 6 8 4 2 0,5 0,25 0,25-63 - 3,5-6 - 8-4 - 2 - - 0,5-0,25-0,25-0,063 < 0,063 983 [%] 5,0 22,5 9,5 7,0 9,0 4,0 2,0 2,0 3,5 2,5 2,0,0 cum.[%] 00,0 85,0 62,5 43,0 26,0 7,0 3,0,0 9,0 5,5 3,0,0 990 [%] 3,8 22,0 9,6 4,2 9,3 4,8 3, 2,6 3,5 4,0 2,,0 Tabel 3.. Korrelverdelng ut onderzoek cum.[%] 00,0 86,2 64,2 44,6 30,4 2, 6,3 3,2 0,6 7, 3,.0 Er wordt bj de verfcate geen rekenng gehouden met de verwerngsgrens. Het s net bekend waar deze grens aangenomen moet worden, terwjl het enge effect s, dat de verdelng van de fjne fracte net just wordt weergegeven. Dt s echter toch al moeljk, omdat ut de korrelverdelng net s te achterhalen welk deel van de fjne fracte verweerd mjnsteen s en welk deel ngespoeld slb of zand. Op grond van een 'hndcast' van de stuate n 969 worden de beste resultaten gevonden voor een c van 0,40 (de perode 969-983). Voor de perode 969 tot 990 wordt dan gevonden c = 0,53. De relaxatetjd z komt op 2 jaar.
bladnummer : - 22 - ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99 GRONDMECHANCA fracte [mm] 25 63 3,5 6 8 4 2 0,5 0,25 0,25-63 - 3,5-6 - 8-4 - 2 - - 0,5-0,25-0,25-0,063 < 0,063 983 [%] 5,0 22,5 9,5 7,0 9,0 4,0 2,0 2,0 3,5 2,5 2,0,0 cum[%] 00,0 85,0 62,5 43,0 26,0 7,0 3,0,0 9,0 5,5 3,0.0 969 [%] cum.[%] 25,0 27,5 7,5 5,3 3,7 0,7 0,6 2,0 4,5 2,0,2 0,0 00,0 75,0 47,5 30,0 4,7,0 0,3 9,7 7,7 3,2,2 0,0 Tabel 3.3. 'Hndcast' 969 en 'forecast' 990 990 [%],7 9,2 8,4 6,9 0,7 6,0 3,5 2,8 3,6 2,8 2, 2,3 cum.[%] 00,0 88,3 69, 50,7 33,8 23, 7, 3,6 0,8 7,2 4,4 2,3 n bjlage 8 zjn de gemeten korrelverdelngen vergeleken met de berekende korrelverdelngen. Een groot verschl wordt geconstateerd tussen de voorgestelde relaxatetjd van twee jaar en de her gevonden relaxatetjd van 2 jaar. Een relaxatetjd van 2 jaar zou leden tot een kans op spltsng c van 0,86 (perode 969-983), respecteveljk 0,90 (perode 969-993). De fracte met klene dameters wordt dan echter zeer hoog. De korrelverdelng volgens het spljtngsmodel krjgt een geheel andere vorm dan de van het materaal dat n 983 en 990 s aangetroffen. 3.4 Concluses Het s mogeljk om met het model voor de verwerng van mjnsteen redeljk accurate voorspellngen te doen omtrent de vorm van de korrelverdelng na een aantal jaar. Een verschl met [2] s, dat een relaxatetjd van twee jaar een veel te sterke verwerng geeft n vergeljkng met de gevonden korrelverdelngen bj de Lauwersmeerdam. Met een relaxatetjd van 2 jaar worden n dt geval goede resultaten geboekt.
bladnummer : - 23 - ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99 GRONDMECHANCA Een juste nterpretate van de resultaten wordt bemoeljkt door het fet, dat voor het mjnsteen n 983 slechts korrelverdelng bekend s, en voor de stuate n 990 meerdere korrelverdelngen. Er s voor 990 sprake van een zekere spredng rond de gemddelde zeefkromme, de her s gehanteerd.
" datum : maart 99 co-3686o/3 fjpjjg GRONDMECHANCA 4. BEREKENNGEN MET HET PROGRAMMA STEENZET/+ 4. nledng n dt rapport wordt verouderng van een steenzettng vertaald als het vermnderen van de doorlatendhed van toplaag en flter. Van de nvloed hervan s ut voorgaande rapporten al het een en ander bekend. Ook ut een eenvoudge beschouwng van de leklengte kan de nvloed van de doorlatendheden worden afgeled. Zo heeft een vermnderng van de toplaagdoorlatendhed tot gevolg dat de leklengte toeneemt en een verklende flterdoorlatendhed resulteert n een vergrotng van de leklengte. Bekend wordt verondersteld, dat een klene leklengte ledt tot klene verschldrukken over de blokken en dat een grote leklengte tot grote verschldrukken over de blokken aanledng geeft. Hermee s de trend van de nvloed van vermnderde doorlatendheden aangegeven. Een maner om de nvloed van verouderng meer kwanttatef te beschrjven s het utvoeren van berekenngen met het model STEENZET/+. De toevoegng + n de naam van het programma geeft aan, dat het een -draensonaal model s. De betekens hervan wordt n het volgende hoofdstuk besproken. De sommen zjn beperkt tot constructe. Slechts de egenschappen de de doorlatendhed bepalen worden gevareerd. Eerst wordt de utgangsstuate bepaald. 4.2 Utgangsstuate 4.2. Geometre en materalen Bj de keuze van de nvoerparameters voor het model STEENZET/+ hebben twee overwegngen een rol gespeeld. Ten eerste s het voor een kwanttateve benaderng zeer llustratef om ut te gaan van een bestaande
bladnummer : - 25 - ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99 GRONDMECHANCA stuate. Omdat de Lauwersmeerdam n dt rapport al ter sprake s gekomen, s gekozen voor een geometre de op deze stuate gebaseerd s. Voorts s als utgangsstuate gekozen voor een ontwerpstuate, ofwel een constructe de net s verouderd. De materaalegenschappen van de toplaag en flter van de Lauwersmeerdam zjn fcteve waarden voor de stuate drect na aanleg. De stuate s weergegeven n onderstaande fguur. N.A.P_m NA.PO.55m koperslak blokken D-25cm.5= 2mm grnd, 0.08m dk. 05 = 7mm. n= 93 mjnsteen, lm dk # D5 = 4ntr, n-0.35 Fguur 4. Stuateschets van Lauwersmeerdam na aanleg De gloong heeft een hellng van : 3. De onderzjde van het talud lgt op NAP - m en de bovenzjde op NAP +,95 m. De toplaag bestaat ut koperslakblokken, dk 0,25 m, 0,20 m lang en 0,325 ra breed. De spleetbreedte tussen de blokken s aangehouden op 0,002 m. Tussen flter en toplaag zt een 0,08 m dkke utvullaag van grnd. D 5 en poro-
bladnummer : 26 ~ ^.^r~ *~ _. ~~, _^ «-».,. a,, ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99.RUWT GRONDMECHANCA stet zjn geschat op 0,007 m en 0,3. De flterlaag bestaat ut mjnsteen. De dkte van de laag s m, D.~ s 0,004 m en porostet 0,35. n deze utgangsstuate s de doorlatendhed van het flter (grnd + mjnsteen) k «5.0 2 m/s en de doorlatendhed van de toplaag.0 2 m/s. Deze doorlatendheden zjn vrj hoog, maar voor een pas gezette gloong net ongebrukeljk. De resulterende leklengte s, m. 4.2.2 Golfbelastng De waterstand waarbj de golfbelastng bepaald wordt s gekozen op NAP + 2 ra. Dt s net boven de blokkengloong. Het voorland van de gloong lgt vrjwel geljk met de onderkant van de constructe op NAP - m. De waterdepte s dan 3 m. n het verleden s de ontwerpbelastng van een belendend djkvak bepaald ut de ontwerpgrafeken van Brettschneder, met wndsnelhed van 35 m/s en een strjklengte van 2 km. n het geval van de Lauwersmeerdam ledt dt tot een golfhoogte van, m en een golfperode van 3,8 s. 4.2.3 Berekenng Voor de weergave van de resultaten worden twee grootheden gebrukt. Er wordt gerekend voor een stuate waarn blokbewegng s toegestaan en nden het blok beweegt s er toestromng van water onder het bewegende blok. Als berekenngsresultaten worden de grootte van de blokbewegng en de maxmale verschldruk over een blok weergegeven. De verschldruk over een blok wordt dan echter wel beschouwd n de stuate waarn blokbewegng net s toegestaan, omdat de maxmale verschldruk onder een bewegend blok net hoger kan oplopen dan de druk de nodg s om het blok op te tllen. n de utgangsstuate (stuate na aanleg, leklengte, m) s de berekende verschldruk over een blok 5,4 kpa. Het blok beweegt net.
bladnummer : - 27 - ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99 4.3 Bekenngen met vermnderde doorlatendheden GRONDMECHANCA 4.3. Toplaagdoorlatendhed neemt af De toplaag kan afnemen n doorlatendhed doordat er materaal n de spleten tussen de blokken komt te ztten. Dt s net drect n te voeren n het hudge programma STEENZET. Het kan wel gesmuleerd worden door de spleetbreedte af te laten nemen. Dt s uteraard geen realstsche stuate, maar het resultaat wordt daardoor n prncpe net beïnvloed, omdat de doorlatendhed van de toplaag just wordt weergegeven. n onderstaande tabel staan de gegevens van de berekenngen. De symbolen staan voor: k' [m/s] k' s A toplaagdoorlatendhed breedte van de spleet tussen de blokken leklengte van de constructe APraax verschldruk over de blokken (zonder bewegend blok) Ax *0-: 2,000 5*0-=»,50 *0-=» 0,600 5*0-" > 0,450 *0-* 0,270 5*0-«* 0,207 *0 0,20 5*0-0,095 l*0-< 0,057 bewegng van de blokken s [mm] A [m],,7 3,5 5,3,3 6,8 38, 53,3 6,5 APmax [kpa] 5,4 6,0 6,7 6,9 7,2 7,3 7,3 7,3 7,3 Ax [m] 0,000 0,035 0,08 0,084 0,067 0,053 0,033 0,026 0,06 Tabel 4.. Gegevens voor afnemende toplaagdoorlatendhed
bladnummer : - 28 - tw 7 *- /"n^fcrnv n r-y- AR./-A ons kenmerk: CO-36860/3 datum : maart 99 SM^JT GRONDMECHANCA De verschldruk over de blokken neemt bj afnemende doorlatendhed van de toplaag eerst snel toe. Als de toplaag zeer ondoorlatend s, kan de verschldruk over de blokken nauweljks meer stjgen. De reden hervoor s, dat er vrjwel geen water meer het flter n kan stromen door de toplaag. Herdoor zal de waterspegel n het flter nauweljks meer op en neer bewegen. De maxmale verschldruk s dan berekt. Een vergeljkbaar beeld doet zch voor bj blokbewegng (ze bjlage 9). De blokbewegng neemt bj afnemende toplaagdoorlatendhed eerst sterk toe, maar neemt bj zeer lage doorlatendhed van de toplaag af. Ook her vormt de toestromng van water door de toplaag de beperkende factor. Er s welswaar bj een zeer lage toplaagdoorlatendhed een hoge verschldruk onder de blokken aanwezg, maar er kan net voldoende water toestromen door de toplaag om de verschldruk volledg om te zetten n bewegng van het blok. Bj een leklengte groter dan 0 m s het verhang n het flter bjna tot 0 gedaald. n het flter stroomt nauweljks water. 4.3.2 Flterdoorlatendhed neemt af Een afnemende flterdoorlatendhed kan worden veroorzaakt door het nslbben of nzanden van het flter. n STEENZET kan dt worden nagebootst door de D ]t. van flter en utvullaag te verklenen. Dt levert een reële smulate van de werkeljke stuate bj een verouderend flter. n tabel 4.2 zjn de gegevens samengevat. Herbj s: k flterdoorlatendhed (mjnsteen + grnd) D, 5 f korreldameter flter (mjnsteen) D.- v korreldameter utvullaag (grnd) A leklengte van de constructe APmax verschldruk over de blokken (zonder bewegend blok) max verhang n flter